Scaffolds per ingegneria tissutale ispirati ai mattoncini Lego

La necessità di creare scaffolds adattabili al sito del difetto è una delle maggiori sfide dell’ingegneria tissutale. Un gruppo di ricercatori, in un articolo pubblicato su Advanced Materials, ha presentato una nuova tipologia di impalcatura: un sistema modulare di microcavità che possono essere facilmente assemblate e scalate. L’adattabilità è data proprio dal concetto di blocchetti impilabili, preso in prestito dal design dei famosi mattoncini Lego.

Geometria e proprietà meccaniche

Lo studio in questione esplora le potenzialità di un nuovo sistema di scaffold per la riparazione delle fratture ossee ispirato ai famosi mattoncini Lego. Questa tecnologia prevede l’utilizzo di rigide microcavità di beta-tricalciofosfato ad alta densità cariche di hydrogel, stampate con il metodo di litografia ceramica (LCM). Le dimensioni del foro sono 1.5 × 1.5 × 1.5mm (3.375 mm³), mentre lo spessore delle pareti 230 – 560 µm. I blocchi possono essere impilati verticalmente in diverse configurazioni: ad esempio, utilizzando solo 4 strati di 4×4 unità, sono possibili 29413 configurazioni, il che dà un’idea della grande varietà di strutture ottenibili.

L’obiettivo degli scaffolds rigenerativi è quello di potenziare la formazione di nuovo tessuto, perciò la combinazione della microstruttura con l’hydrogel deve garantire buone proprietà meccaniche. La singola microcavità presenta un’elevata resistenza a compressione (59.2MPa), che però dopo l’assemblaggio risulta notevolmente ridotta. Nonostante ciò, grazie all’elevata densità di materiale ceramico, le proprietà approssimano quelle del tessuto osseo. Inoltre, simulazioni numeriche hanno dimostrato che nessuna configurazione dei blocchetti cede per pressioni di 3.9MPa (resistenza ultima a compressione dell’osso trabecolare).

Dei mattoncini Lego rivoluzionari

L’aspetto più interessante di questa nuova tecnica è la possibilità di inserire nelle microcavità specifici carichi biologici: ogni blocchetto può essere riempito con gel contenenti fattori di crescita diversi. Questo permette di stimolare la crescita selettiva delle cellule nelle posizioni desiderate, consentendo di riparare il tessuto in modo preciso e rapido. Per studiare queste caratteristiche in vivo, i blocchetti differenziati sono stati utilizzati per la riparazione della frattura ossea in un topo: il numero di cellule (per millimetro quadro) presenti nella microcavità è più del doppio rispetto a quello degli scaffolds tradizionali, e il numero di vasi sanguigni è di circa 3,5 volte maggiore. Inoltre, a differenza di altre tecniche di bioprinting 3D che prevedono l’utilizzo di inchiostro di differenti composizioni, queste complesse strutture eterogenee possono essere ottenute senza il bisogno di attrezzature o personale specializzato.

Nei progetti futuri è prevista la possibilità di testare questi scaffolds per riparare fratture più complesse. Ulteriori applicazioni possono essere sviluppate modificando la composizione dei materiali utilizzati per la realizzazione delle unità ripetitive: questa tecnologia potrebbe infatti trovare impiego anche nel caso dei tessuti molli, o addirittura essere utilizzata per costruire organi per i trapianti.

Articolo a cura di Noemi D’Abbondanza